Нещодавно два абсолютно різні світи зійшлися в нашій лабораторії: світ недорогих радіо-трансіверів і світ дорогих систем запису широкосмугових радіосигналів.
Спочатку до нас звернулися наші добрі друзі, щоб зробити софт для запису сигналу смугою 500 МГц. Ми, звісно, не змогли відмовити. Адже треба було це зробити на платі компанії «Інструментальні Системи», яких я знаю давно. На зорі інженерної діяльності мені довелося працювати з їхнім залізом та софтом.
А потім прийшов дорогий товариш з та попросив зробити систему позиціонування для дронів без GPS. Потрібно, каже, запускати шоу у приміщеннях. Та й на вулиці у наш час запускати у небо кілька мільйонів грошей на ненадійній GPS не дуже хочеться. Перешкоди та спуффінг супутникової навігації .
Для позиціонування без супутників з точністю краще за десять сантиметрів у зоні до кілометра я не знайшов нічого, крім технології UWB. Вже давно на ринку є компанія DecaWave, яка випускає мікросхему DW1000 та модулі на її базі. Мікросхема - СШП-трансівер стандарту IEEE 802.15.4-2011. До речі, штука унікальна, з подвійним чи навіть потрійним дном. Я сподіваюся, що ми зможемо освоїти її глибини в наступні кілька років і написати про це. Раніше точно не встигнути.
Але сьогодні не йдеться про позиціонування, про це в наступних серіях.
Сьогодні ми записуємо сигнал DW1000. А смуга цього сигналу не багато, не мало, а 1000 або 500 МГц, що встановлюється номером каналу. «Зовсім випадково» на сусідньому столі стояв комп'ютер із платою від «Інструментальних Систем» з FMC-мезаніном від Analog Devices
Тут слід зазначити для прокурора, що АЦП AD9208 є сьогодні санкційною технікою. Легально купити його в Росію не можна, хоч іноді дуже хочеться. Але цей конкретний модуль був куплений дуже давно, коли санкцій ще не було. Він чистий, як душа немовляти. Сподіваюся, це визнання буде підшито до справи і зарахується до підсудного.
Не будемо зараз вдаватися до подробиць розробки софту для запису потоку відліків на згадку про комп'ютер. Поки що, на жаль, ми не можемо опублікувати вихідний код програми для Linux. Але сподіваємося добитися дозволу на це наступного разу. Варто лише відзначити, що це було непросто, навіть з урахуванням наданих програмних напрацювань інструментальних систем. Сам АЦП і система його тактування та виведення відліків за технологією JESD204B досить складні для розуміння, так ще й у модулі від AD виявилися необхідні апаратні патчі. Сигнал REFCLK системі введення потрібен обов'язково, а він на модулі заходить не на ті ноги роз'єму FMС і, відповідно, не потрапляє на потрібні ноги ПЛІС. Довелося накласти патч, який можна побачити на фото нижче — два червоні дроти. Були, звичайно, сумніви, що це працюватиме. Частота тактового сигналу висока – 375 МГц, а патч жахливий. Але система впоралася.
Вся кухня має такий вигляд.
Тут можна побачити комп'ютер з гарною системою введення-виведення, плату FMC126P, мезанін AD9208-3000EBZ. Із генераторів: генератор 3000 МГц для тактування АЦП, генератор 770 МГц для REFCLK. Кабелі з роз'ємами SMA з'єднують генератори та подають вхідний сигнал.
Сира швидкість даних з виходу АЦП, якщо не розмінюватися на дрібниці, становить 12 ГБайт/с з двох каналів. За вимірами та декларацією виробника плати FMC126P максимальна швидкість введення складає 5 ГБайт/с. Тому в АЦП ми використовували тільки один канал і пропускали його через вбудований AD9208 DDC (Digital Down Converter) з децимацією на чотири. Таким чином, потік даних становив 3 Гбайт/с (частота дискретизації 750 МГц, 16-розрядний комплексний сигнал).
Перевірка того, що система встигає записувати відліки дуже проста: потрібно просто контролювати біти статусу FIFO ПЛІС, що залипають. Якщо за ніч не було жодної події FIFO Overflow, то біт не буде зведений. І ми радісно констатуємо, що втрат відліків не було. Попередньо ми, звісно, перевіряємо, що фіксація бітів статусу працює. Форму сигналу також переглядаємо з файлу, щоб переконатися, що якість зняття АЦП сигналу відповідає документації.
Але який сигнал буде гідний такої системи введення? Звичайно UWB із сусіднього столу!
На щастя, для системи позиціонування дронів ми вибрали частоту каналу 4 ГГц. Це відповідає каналам 4 і 2 термінології DW1000 (Figure 13 даташита). Ми зробили вбудовану в плату антену на цю частоту, чи краще сказати, на цей діапазон. Узгодити її у такій широкій смузі було непросто. Але штука вийшла еротична! Дехто каже, що схожий на символ… з вушками.
Сигнал 4 ГГц зі смугою 500 МГц потрапляє в третю смугу Найквіста і має достатні захисні інтервали, щоб уникнути спектру накладання. Тому просто подали сигнал DW1000 на вхід АЦП AD9208 безпосередньо.
Ми отримали два файли: один із частотою PRF, що дорівнює 64 МГц, інший — 16 МГц. Швидкість передачі була встановлена мінімальна для DW1000 – 110 кбіт/с.
Це файл, це . Обережно, файли величезні!
У першому файлі ми бачимо пакети, тривалістю близько 750 відліків чи 1000 наносекунд.
У другому файлі пакети вчетверо коротші.
І це цілком відповідає стандарту IEEE 802.15.4-2011 у частині фізичного рівня UWB:
Модуляція всередині пакета схожа на фазову, що також відповідає зазначеній у стандарті BPSK. Сам стандарт ви зможете знайти в Інтернеті, шукайте "IEEE 802.15.4-2011".
Якщо трохи розширити тимчасове вікно спостереження, то видно і нерівномірність проходження пакетів, що відповідає опису гібридної модуляції IEEE 802.15.4-2011 UWB — позиційно-фазової (BPM-BPSK).
Взагалі, я знаходжу чіп DW1000 і модуляцію цього UWB PHY бомбічної, хоч би що це означало, штукою, на рівні військової JTIDS. Це моє нове захоплення. Далі буде!
З одного боку, копатимемо DW1000, з іншого, розбиратимемося зі стандартом IEEE 802.15.4.
Джерело: habr.com